Akreditasi LIPI Nomor : 536/D/2007 Tanggal 26 Juni 2007

## FABRIKASI HIDROGEL MAGNETIK BERBASIS NANO PARTIKEL Fe
3 O 4
Sunaryono 1 , Munaji 1 , Ratna Ediati 2 , Triwikantoro 1 dan Darminto 1
1 Jurusan Fisika, FMIPA-ITS Kampus ITS Keputih Sukolilo, Surabaya 60111
2 Jurusan Kimia, FMIPA-ITS Kampus ITS Keputih Sukolilo, Surabaya 60111

## ABSTRAK
FABRIKASI HIDROGEL MAGNETIK BERBASIS NANO PARTIKEL Fe 3 O 4 . Telah berhasil difabrikasi hidrogel magnetik dengan menggunakan nano partikel berukuran < 100 nm yang diperoleh dari bahan dasar pasir besi. Untuk membentuk gel digunakan polyvinyl alcohol ( PVA ) yang dicampur air sebagai media pengikat silang. Respons magnetik dari hidrogel dapat bervariasi bergantung pada kandungan Fe 3 O 4 yang ditambahkan dengan kadar 2,5 %massa hingga 15 %massa dari massa total gel. Ferogel dapat menyimpang dan mulur karena adanya pengaruh medan magnet. Simpangan dan pemuluran ferogel sebanding dengan besarnya konsentrasi Fe 3 O 4 di dalam pengaruh medan magnet. Sementara itu, wujud fisik gel dibuat dengan kekentalan bervariasi.
Kata kunci : Fe 3 O 4 , Magneto elastik, PVA

## ABSTRACT
FABRICATION OF Fe 3 O 4 NANO PARTICLE BASED MAGNETIC HYDROGEL. Fabrication of magnetic hydrogel using nano particle having <100nm of size obtained from iron sand raw material have been done. The formation of gel was conducted by using polyvinyl alcohol (PVA) mixed with water as cross-linking media. Magnetic response from hydrogel could be varried depend on the contanment of added Fe 3 O 4 in concentration of 2.5-15 %wt from gel total mass. Ferogel could be distorted and elongated due to the effect of magnetic field. The distortion and elongation of ferogel were equal with concentration of Fe 3 O 4 under the effect of magnetic field. Meanwhile, the physical appearance of gel was produced with varried thickness.
Key words : Fe 3 O 4 , Magneto Elastic, PVA

## PENDAHULUAN
Bahan partikel magnet dalam pengembangan teknologi sains material saat ini terus dikembangkan dan menarik untuk diteliti. Bidang kajian partikel magnetik juga telah banyak digunakan, antara lain dalam bidang biosains dan bioteknologi. Beberapa diantara penggunaan tersebut adalah : Separasi Immunomagnetic dari sel, Penentuan dan pelacakan campuran ( compound ) aktif secara biologis, Imobilisasi dan modifikasi campuran ( compound ) aktif secara biologi, Agent kontras untuk investigasi dan MRI , Magnetic fluid/hydrogel hyperthermia dan otot buatan ( artificial muscles ) [1].
Khusus pada aplikasi hydrogel hyperthermia dan otot buatan ( artificial muscles ), partikel magnet dibuat berbentuk gel. Ferogel ini merupakan kombinasi sifat magnetik dari filler magnet dan sifat elastik dari hidrogel. Karena pengaruh kombinasi sifat inilah, ferogel terjadi perubahan bentuk ketika ada pengaruh medan magnet
luar. Berbagai macam percobaan telah dilakukan untuk mensintesis otot buatan ( artificial muscles ) dan telah banyak pendekatan dikembangkan mulai dari yang mirip aktuator pada robot sampai pada aktuator lunak yang lebih canggih [2].
Telah dibuat gel dengan bahan dasar polimer yaitu Poly N-Isopropyl Acrylamide ( PNIPA ) dan polyacrylamide [3]. Telah dikembangkan gel yang sensitif terhadap medan magnet [2]. Dalam gel tersebut terdapat partikel magnet berbentuk koloid yang terdispersi di dalamnya. Selanjutnya telah dibuat komposit dengan bahan polyvinyl alcohol (PVA) dan Fe 3 O 4 (ferrit) [4]. Telah dipadukan sifat elastik dari PVA gel dan sifat magnetik dari partikel Fe 3 O 4 berukuran mikrometer.
Pada makalah ini akan dilaporkan fabrikasi hidrogel magnetik dengan bahan dasar Fe 3 O 4 dalam ukuran nanometer. Nanopartikel Fe 3 O 4 didapatkan
Fabrikasi Hidrogel Magnetik Berbasis Nano Partikel Fe 3 O 4 (Sunaryono)
dengan cara mengekstraksi dan mensintesis pasir besi dengan metode kopresipitat. Fokus kajian yang akan dipelajari adalah mengkarakterisasi magneto elastik dari hidrogel dengan menguji kemampuan penyimpangan dan pemuluran ferogel dari pengaruh medan magnet. Hal lain yang juga dipelajari adalah pengaruh persentase berat partikel Fe 3 O 4 dan kekuatan medan magnet yang diberikan.

## METODE PERCOBAAN
Bahan dasar yang digunakan dalam makalah ini berupa pasir besi yang diambil dari Sungai Regoyo, Desa Gonduruso Kecamatan Pasirian, Kabupaten Lumajang, Jawa Timur. Selain itu bahan-bahan pendukung lainnya terdiri dari bahan larutan asam klorida (HCl) 12,063 M, larutan ammonium hidroksida (NH 4 OH) 6,5 M, Polyvinyl a lcohol (PVA) dan aqua DM .
Peralatan yang digunakan untuk karakterisasi antara lain X-Ray Difractometer (XRD) JEOL JDX-3530, SEM , pangaduk magnet ( magnetic stirrer ), gelas ukur, gelas baker , magnet permanen, timbangan digital, pipet, penggaris, pengaduk, corong, kertas saring dan tisu.
Langkah-langkah dalam pembuatan ferogel adalah sebagai berikut: (1) PVA dicampur dengan aquadest dengan perbandingan 23:100, (2) Campuran ini kemudian diaduk dan dipanaskan dalam magnetic stirrer pada suhu antara 70 ºC hingga 90 ºC untuk meningkatkan kelarutan PVA dalam aquadest , (3) Setelah PVA benar-benar larut dalam aquadest , kemudian Fe 3 O 4 dimasukkan dalam larutan dan diaduk sampai merata, dan (4) Selanjutnya larutan ini didinginkan dan dipanaskan secara berulang-ulang sampai terbentuk gel yang diinginkan. Gel yang telah terbentuk sempurna dari hasil pembuatan dengan metode konvensional yaitu didinginkan/dipanaskan secara berulang-ulang [5], kemudian dibuat silinder dengan panjang 10 cm dan diameter 6 mm.
Untuk menguji simpangan ferogel di dalam pengaruh kekuatan medan magnet, set alat percobaan ditunjukkan oleh Gambar 1. Gambar 1(a) menunjukkan ferogel dalam kondisi awal sebelum di beri medan magnet dan Gambar 1(b) menunjukkan adanya penyimpangan
ferogel karena adanya medan magnet. Bagian atas ferogel dibuat tetap sedangkan ferogel bagian bawah bebas menyimpang sesuai konsentrasi Fe 3 O 4 dan kekuatan medan magnet yang digunakan.
Sedangkan untuk menguji pemuluran ferogel, ditunjukkan oleh set alat percobaan Gambar 2. Gambar 2(a) menunjukkan ferogel dalam kondisi sebelum di beri medan magnet dan Gambar 2(b) menunjukkan adanya pemuluran ferogel karena kekuatan medan magnet. Dari set alat percobaan ini kebergantungan pemuluran terhadap konsentrasi Fe 3 O 4 di dalam pengaruh kekuatan medan magnet dapat diamati.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi Fe 3 O 4
Melalui metode kopresipitasi, diperoleh partikel magnetite Fe 3 O 4 dengan ukuran kristal sekitar 7,06 nm [6]. Penentuan ukuran tersebut dilakukan dengan memakai Persamaan Debye-Scherrer.
Ukuran ini berlaku jika partikel merupakan partikel primer yang terdiri dari kristal tunggal. Tetapi, partikel umumnya berupa partikel sekunder yang tersiri dari sejumlah butir, sehingga ukuran partikel lebih besar. Hasil pengujian SEM dapat dilihat pada Gambar 4.
Ferogel (a) (b) Magnet Gambar 2 . Set alat percobaan untuk menguji pemuluran ferogel: (a) tanpa medan magnet; (b) dengan medan magnet.
Ferogel Simpangan (a) (b) Ferogel Gambar 1 . Set alat percobaan untuk menguji simpangan ferogel: (a) tanpa medan magnet; (b) dengan medan magnet. 2600 Intensitas 2400 2 theta 2200 2000 1800
20 40 60 80 Gambar 3 . Pola hasil XRD pada serbuk Fe 3 O 4 .
Gambar 4 . Gambar strukturmikro dari serbuk magnetik (Fe 3 O 4 ) menggunakan SEM .

## Simpangan Ferogel Dalam Pengaruh Medan Magnet
Medan magnet statis yang digunakan dalam percobaan ini sebesar 70 mT. Hasil pengamatan simpangan ferogel dalam pengaruh kekuatan medan magnet dapat ditunjukkan pada Gambar 5.
Dari Gambar 5 dapat dijelaskan bahwa dengan bertambahnya konsentrasi Fe 3 O 4 , simpangan ferogel semakin meningkat. Dan setelah pengaruh medan magnet dihilangkan, ferogel kembali ke posisi semula secara tiba-tiba. Simpangan yang teramati dalam percobaan ini adalah simpangan maksimum yang dimiliki oleh masing-masing ferogel dengan konsentrasi Fe 3 O 4 yang berbeda-beda. Untuk konsentrasi Fe 3 O 4 yang diberikan, penyimpangan naik dengan kuatnya medan magnet.
Kebergantungan simpangan ferogel terhadap konsentrasi Fe 3 O 4 yang diilustrasikan pada Gambar 1(b), menunjukkan partikel magnetik dan hidrogel bergerak bersama sebagai sebuah sistem di dalam pengaruh medan magnet yang digunakan. Ferogel yang menyimpang secara maksimum dan kembali pada posisi semula secara tiba-tiba dalam geraknya, tanpa teramati adanya aliran kental hidrogel. Hal ini dapat ditarik kesimpulan bahwa dengan kombinasi dan ukuran yang tepat dari kandungan Fe 3 O 4 dan medan magnet dapat menghasilkan simpangan besar dari ferogel, yang dalam terapannya diperlukan untuk sistem penggerak dan otot buatan.

## Pemuluran Ferogel Dalam Pengaruh Medan Magnet
Serupa dengan perlakuan sebelumnya, medan magnet statis yang digunakan dalam percobaan sebesar 70 mT. Hasil pengamatan pemuluran ferogel dalam pengaruh kekuatan medan magnet dapat ditunjukkan pada Gambar 6.
Dari grafik di atas dapat dijelaskan bahwa dengan bertambahnya konsentrasi Fe 3 O 4 , pemuluran ferogel semakin meningkat. Dan setelah pengaruh medan magnet dihilangkan, ferogel kembali ke posisi semula secara tiba-tiba. Pemuluran yang teramati dalam percobaan ini adalah pemuluran maksimum yang dimiliki oleh
Gambar 5 . Grafik hubungan konsentrasi Fe 3 O 4 terhadap simpangan ferogel. Konsentrasi vs Simpangan 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 5 10 15 20 Konsentrasi (%) S im p a n g a n (c m ) Konsentrasi vs
Simpangan
masing-masing ferogel dengan konsentrasi Fe 3 O 4 yang berbeda-beda. Untuk konsentrasi Fe 3 O 4 yang diberikan, pemuluran meningkat dengan kuatnya medan magnet.
Hasil pemuluran ini sebanding dengan hasil penyimpangan yang telah dijelaskan sebelumnya, dimana pemuluran ferogel bergantung pula pada konsentrasi Fe 3 O 4 yang diilustrasikan pada Gambar 2 (b). Hal ini menunjukkan bahwa partikel magnetik dan hidrogel mulur bersama sebagai sebuah sistem di dalam pengaruh kekuatan medan magnet yang digunakan. Ferogel yang mulur secara maksimum dan kembali pada posisi semula secara tiba-tiba dalam geraknya, tanpa teramati adanya aliran kental hidrogel. Berdasarkan hal ini dapat ditarik kesimpulan bahwa dengan kombinasi dan ukuran yang tepat dari kandungan Fe 3 O 4 dan medan magnet dapat menghasilkan pemuluran maksimum dari ferogel.

## KESIMPULAN
Dari hasil pengamatan yang telah dilakukan, yaitu pengaruh simpangan dan pemuluran ferogel di dalam pengaruh medan magnet sebesar 70 mT. Dengan perbedaan konsentrasi Fe 3 O 4 berkisar dari 2,5 %massa hingga 15 %massa dari massa total gel, dapat disimpulkan bahwa:
1. Ferogel dapat menyimpang dan mulur karena adanya pengaruh medan magnet serta kembali pada posisi semula setelah pengaruh medan magnet dihilangkan.
2. Simpangan dan pemuluran ferogel sebanding dengan besarnya konsentrasi Fe 3 O 4 di dalam pengaruh medan magnet.

## DAFTAR ACUAN
[1]. RAMANUJAN, R.V., Clinical Application of Magnetic Nanomaterials, Proceeding First International Bioengineering Conference ,
Singapore, (2004)
[2]. ZRINYI M and SZABO D., Muscular Contraction Mimicked by Magnetic Gels, Proc. 7 th Int. Conf. On Elektro-Rheological Fluids and Magneto Rheological Suspensions, Honolulu, July 1999, Ed. R TAO, Singapore: World Scientific, (2000) 11-17
Gambar 6 . Grafik hubungan konsentrasi Fe 3 O 4 terhadap pemuluran ferogel. Konsentrasi vs Pemuluran 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 5 10 15 20 Konsentrasi (%) P e m u lu ra n (m m ) Konsentrasi vs Pemuluran
Fabrikasi Hidrogel Magnetik Berbasis Nano Partikel Fe 3 O 4 (Sunaryono)
[3]. LI Y, HU Z and CHEN Y., J.Appl. Polym. Sci., 63 (1997) 1173-1178
[4]. RAMANUJAN, R.V and L.L. LAO.,
The Mechanical Behaviour of Smart Magnet
Hydrogel Composites , Institute of Physics
Publishing, Smart Materials and Structures, 15 (2006)
[5]. HASSAN C M and PEPPAS N A., Adv. Polym. Sci. , 153 (2000) 37-65
[6]. KURNIAWAN, D., Sintesis Nanopartikel Ferrit MFe 2 O 4 (M=Fe, Ni, Zn, dan Mn) dari Pasir Besi dan Karakterisasinya Sebagai Preparasi Fluida Magnet , Tugas Akhir , Institut Teknologi Sepuluh Nopember, (2006)